导师资格：博士生导师

所在教研室/单位： 生理学教研室

E-mail：[email protected]

通信地址： 广州市越秀区中山二路74号中山大学北校区科技楼1410房间

研究方向：1）离子通道及下游信号通路在认知功能中的作用；2）孤独症及认知功能障碍的发病机制；3）神经科学新技术开发。

个人简介

李勃兴，教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金、国家优秀青年科学基金获得者，入选国家“海外高层次人才引进计划”青年项目；“珠江人才计划”科技创新领军人才、广东省杰青、中山大学“百人计划”引进人才；中国神经科学学会常务理事，学术委员会秘书长。

李勃兴博士本科毕业于原第一军医大学临床医学专业，后师从我国著名神经生物学者高天明院士获得神经生物学硕士及博士学位。2012年至2017年在美国纽约大学完成博士后培训，合作导师为国际著名神经科学家Richard Tsien（钱永佑）院士。

李勃兴教授课题组致力于揭示认知和情感等高级神经功能的编码机制，并探索孤独症等神经/精神疾病的分子机制。研究方向包括：1）离子通道及下游信号通路在认知功能中的作用；2）孤独症及认知功能障碍的神经机制；3）神经科学新技术开发。研究成果以通讯或第一作者发表于Cell、Science、Neuron、Nature Neuroscience、Current Biology等杂志。

本实验室长期招聘专职科研人员（特聘正/副研究员、博士后）、博士及硕士研究生，详见//rankbc.net/article/8090

学术成果

重要学术研究成果与贡献       

1、发现共情行为性别差异的神经机制     

为了适应群体生活，个体需要及时识别其他个体的情绪状态并作出适宜的行为反应。这种感受、识别、理解和想象对方情绪状态并产生适宜行为的能力被称为共情（empathy）。当目睹同伴经历痛苦时，个体会因情感共情而出现焦虑、不安、恐惧等情绪变化，也会因认知共情而表现出安慰、解救等亲社会行为。对个体而言，共情有助于获取环境信息，发展社会关系，更好地融入群体，提高生存率；对群体而言，共情有助于促进利他行为，增进凝聚力，发展道德，维持物种的生存和繁衍。相反，共情出现异常不仅会引起极端的利己主义，也可导致极端的反社会行为。此外，共情异常也是孤独症、抑郁症、精神分裂症等多种神经精神疾病的共同特征。

我们发现，共情行为存在性别差异。在面对疼痛的同伴时，雌性小鼠表现出类似安慰对方的社交接近行为（social preference），而雄鼠则表现出类似焦虑和自我安慰的自我梳理行为（self-grooming）。我们进一步解析了介导共情行为的感觉模态、神经环路和潜在分子机制。在目睹同伴经历疼痛时，同伴的体液气味在雌雄小鼠中激活了不同的神经环路；在雌性小鼠中，梨状皮层→前额叶皮层环路介导共情性社交亲近行为；在雄性小鼠中，梨状皮层→内侧杏仁核环路介导共情性自我梳理行为。两条环路激活程度的差异由其基因表达模式上的性别差异所致。

该工作发表于Neuron杂志（Fang, et al. Neuron 2024 112(9):1498-1517）。

详细介绍请见//mp.weixin.qq.com/s/tzCuEsf61LwC9N-Wz28S4w

 

2、发现瘙痒引起厌恶情绪的神经环路

蚊虫叮咬、过敏及慢性疾病引起的瘙痒可以导致厌恶情绪，严重影响生活质量。然而，瘙痒引起厌恶情绪的神经机制并不清楚。我们发现，前岛叶（anterior insular cortex，AIC）可被致痒物所激活，且AIC的激活介导了瘙痒引起的厌恶情绪。在神经环路层面，我们发现AIC兴奋性神经元（AICExt）投射至背侧终纹床核（dBNST）GABA能神经元（dBNSTGABA）的神经环路（AICExt→dBNSTGABA环路）介导了瘙痒及其引起的厌恶情绪；激活该环路加重瘙痒及厌恶情绪，而抑制该环路则减轻瘙痒和厌恶情绪。该工作发表于Current Biology杂志（Zheng, et al. Current Biology 2024, 8;34(7):1453-1468）。

 

3、发现神经元内在兴奋性稳态可塑性的分子机制。

神经系统的稳态可塑性是指当神经元突触传递或兴奋性持续改变时，细胞会代偿性诱导突触传递或兴奋性向与原有变化相反的方向调整，从而使得突触传递或兴奋性维持在相对稳定的水平，以保证神经元和神经环路正常信息传递。神经系统稳态可塑性参与调控多种重要生理功能，如在觉醒-睡眠周期中，神经元放电出现持续性改变，其可通过稳态可塑性调控突触的结构和功能。稳态可塑性在自闭症、阿尔兹海默症等神经/精神疾病中存在异常，被认为是其产生的分子机制之一。

       我们使用钠通道阻断剂（TTX）阻断动作电位以模拟神经元兴奋性的长期降低。在TTX撤除后，动作电位的持续时间显著延长，神经元兴奋性代偿性增加，提示神经元出现了兴奋性稳态调控现象。机制研究发现，上述兴奋性稳态调控是由于Nova-2介导的钾通道（BK通道）mRNA选择性剪切降低所致。

上述研究为近30年前提出的“稳态反馈环路”假说提供了完整证据。该信号通路中多个分子（AMPA受体、L-型钙通道、钙调蛋白激酶家族、Nova-2、BK通道）与自闭症、精神分裂症、抑郁症等神经/精神疾病密切相关，提示该通路的异常可能是上述疾病发生的重要机制。

研究成果以封面文章发表于Cell杂志（Li, et al. Cell 2020, 181(7):1547-1565）。详细介绍请见 //www.scimall.org.cn/article/detail?id=1845269

       

4、证明L-型钙通道可通过电压依赖性构象信号调控基因表达。

        L-型钙通道是电压依赖性钙通道，是细胞膜上介导钙离子内流的最重要的离子通道之一，其开放可以引起细胞内转录因子的激活及基因的表达。以往的观点认为，L-型钙通道调控基因表达主要依赖于其介导的钙离子内流，流入细胞的钙离子作为第二信使，激活细胞内信号转导通路，从而激活基因表达。但L-型钙通道作为电压依赖性离子通道，电压改变（去极化）在引起通道开放和钙离子内流的同时，也引起通道蛋白构象的变化。传统的研究手段因无法分离钙信号与构象信号，因此无法得知构象信号在基因表达中的功能，更无从研究构象信号在神经系统疾病中的作用。我们通过创新性构建嵌合体离子通道，成功分离了钙信号和构象信号，并借助药理学及分子生物学等研究手段发现：1）L-型钙通道的构象信号参与对基因表达的调控；只有当钙信号和构象信号同时存在时，L-型钙通道才可完成对基因表达的调控；2）钙信号与构象信号分工不同，钙信号使CaMKII从F-actin中释放，而构象信号则使释放的CaMKII募集于通道周围；3）钙通道的构象信号可以同其它通道（NMDA受体）来源的钙信号相互协同；更为重要的是，4）在L-型钙通道点突变引起的Timothy综合征（自闭症的一种）中，自闭症状的出现与异常的构象信号密切相关。研究成果发表于Science杂志（Li, et al. Science 2016, 351(6275), 863-86.）。

我们的上述发现更新了认为钙通道仅通过钙信号来调控基因表达的旧观点，揭示了调控基因表达的新的信号形式——构象信号。同时，我们的发现更新了传统的认为Timothy综合征由钙内流增加而引起的旧观点，提出了自闭症认知障碍的新机制——构象信号异常机制。更重要的是，我们所创立的新的研究手段（嵌合体通道）可广泛应用于其它类型离子通道的研究，为人们全面了解离子通道功能提供了重要的研究工具。

 

5、证明BK 通道存在于海马神经元细胞核膜，其通过控制细胞核钙信号调控自闭症相关基因表达，揭示了自闭症发病的新机制——核膜机制。

BK 通道（大电导钙激活钾通道）是钾通道的一种，是调控细胞膜电位最重要的离子通道之一，其基因突变与自闭症密切相关。国内外以往的研究主要集中于对细胞膜上BK通道功能的研究，而对BK通道在亚细胞水平上的表达和功能并不清楚。我们通过基因敲除、电生理、钙离子成像、电压成像、形态学等手段首次发现：1）BK 通道存在于海马神经元细胞核膜（nBK通道），其与细胞膜BK通道具有相同的编码基因，相似的电压依赖性、钙依赖性及单通道电导。2）nBK通道可调控Ryanodine受体、细胞核内钙信号通路、转录因子CREB等多个自闭症相关分子的功能。3）nBK通道可以通过控制神经元兴奋-转录偶联（Excitation-Transcription Coupling），调控Npas4等自闭症相关基因的表达。4）神经元突起生长异常是自闭症典型的形态学变化，nBK 通道可通过自闭症相关基因Npas4调控这一变化。研究成果发表于Nature Neuroscience杂志 （Li, et al. Nature Neuroscience 2014, 17(8):1055-63）。

我们的上述发现，揭示了自闭症发病的新机制——核膜机制，开辟了从细胞核膜层面研究、治疗自闭症的新领域。同时，我们的研究更新了传统的认为BK通道仅存在于细胞膜和线粒体的旧观点，强调了神经元核膜离子通道研究的新方向，拓宽了人们对离子通道功能的认识。

 

10篇代表性论文：

  1. Shunchang Fang, Zhengyi Luo, Zicheng Wei, Yuxin Qin, Jieyan Zheng, Hongyang Zhang, Jianhua Jin, Jiali Li, Chenjian Miao, Shana Yang, Yonglin Li, Zirui Liang, Xiao-Dan Yu, Xiao Min Zhang, Wei Xiong, Hongying Zhu, Wen-Biao Gan, Lianyan Huang*, Boxing Li* Sexually dimorphic control of affective state processing and empathic behaviors. Neuron 2024, 112(9):1498-1517 (*correspondence author, F1000 recommendation).

  2. Jieyan Zheng#, Xiao Min Zhang#, Wenting Tang#, Yonglin Li, Pei Wang, Jianhua Jin, Zhengyi Luo, Shunchang Fang, Shana Yang, Zicheng Wei, Kexin Song, Zihan Huang, Zihao Wang, Ziyu Zhu, Naizhen Shi, Diyun Xiao, Linyu Yuan, Hualin Shen, Lianyan Huang*, Boxing Li* An insular cortical circuit required for itch sensation and aversion. Current Biology 2024, 8;34(7):1453-1468 (*correspondence author).

  3. Boxing Li*, Benjamin S. Suutari, Simon D. Sun, Zhengyi Luo, Chuanchuan Wei, Nicolas Chenouard, Natanial J. Mandelberg, Guoan Zhang, Brie Wamsley, Guoling Tian, Sandrine Sanchez, Sikun You, Lianyan Huang, Thomas A. Neubert, Gordon Fishell, Richard W. Tsien* Neuronal inactivity co-opts LTP machinery to drive potassium channel splicing and homeostatic spike widening. Cell 2020, 181(7):1547-1565 (*correspondence author,Cover Story, highlighted in Nature Reviews Neuroscience, 2020,21,398–399: Splicing resets spikes).

  4. Boxing Li#, Michael R. Tadross#*, Richard W. Tsien. Sequential ionic and conformational signaling by calcium channels drives neuronal gene expression. Science 2016, 351(6275), 863-86. (# equal contribution) (F1000 Recommendation, Editor's Choice in Science Signaling; Paper of Note in Science).

  5. Boxing Li, Wei Jie, Lianyan Huang, Peng Wei, Shuji Li, Zhengyi Luo, Allyson K. Friedman, Andrea L. Meredith, Ming-Hu Han, Xin-Hong Zhu, Tian-Ming Gao*. Nuclear BK channels regulate gene expression via the control of nuclear calcium signaling. Nature Neuroscience 2014, 17(8):1055-63. 

  6. Shana Yang#, Song Zhang#, Wenting Tang, Shunchang Fang, Hongyang Zhang, Jieyan Zheng, Xia Liu, Liang Zhao, Ying Zhang, Lianyan Huang*, Boxing Li*. Enriched environment prevents surgery-induced persistent neural inhibition and cognitive dysfunction Frontiers in Aging Neuroscience 2021,1(13):744719 (*correspondence author).

  7. Yuchong Luo#, Xiao Chen1#, Chunren Wei, Hongyang Zhang, Lingyi Zhang, Lu Han, Ke Sun*, Boxing Li*, Shenglin Wen* BDNF alleviates microglial inhibition and stereotypic behaviors in a mouse model of obsessive-compulsive disorder Frontiers in Molecular Neuroscience 2022;15:926572 (*correspondence author).

  8. Zicheng Wei, Yuxin Qin, Gordon Fishell, Boxing Li*. FACS-Based Neuronal Cell Type-Specific RNA Isolation and Alternative Splicing Analysis. Methods Mol Biol. 2022;2537:51-62 (*correspondence author).

  9. Shunchang Fang, Yuxin Qin, Shana Yang, Hongyang Z, Jieyan Zheng, Songhai Wen, Weimin Li, Zirui Liang, Xiao Min Zhang, Boxing Li*, Lianyan Huang*. Differences in the neural basis and transcriptomic patterns in acute and persistent pain-related anxiety-like behaviors. Frontiers in Molecular Neuroscience 2023,26;16:1185243 (*correspondence author).

  10. Boxing Li, Tian-Ming Gao* Functional Role of Mitochondrial and Nuclear BK channels. In: Big on Bk: Current Insights into the Function of Large Conductance Voltage- and Ca2+- Activated K+ Channels at the Molecular, Cellular and Systemic Levels. International Review of Neurobiology. 2016;128:163-91.